工业化生产碳纤维按原料路线可分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维三大类，但主要生产前两种碳纤维。由粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大，设备复杂，原料丰富碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝制得的高性能碳纤维，其生产工艺较其他方法简单，产量约占全球碳纤维总产量的90%以上。 碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。
从粘胶纤维制取高力学性能的碳纤维必须经高温拉伸石墨化，碳化收率低，技术难度大、设备复杂，产品主要为耐烧蚀材料及隔热材料所用；由沥青制取碳纤维，原料来源丰富，碳化收率高，但因原料调制复杂、产品性能较低，亦未得到大规模发展；由聚丙烯腈纤维原丝可制得高性能的碳纤维，其生产工艺较其它方法简单力学性能优良，自20世纪60年代后在碳纤维工业发展良好。
聚丙烯腈基碳纤维的生产主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。
原丝生产过程主要包括聚合、脱泡、计量、喷丝、牵引、水洗、上油、烘干收丝等工序。
碳化过程主要包括放丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、表面处理、上浆烘干、收丝卷绕等工序。
PAN基碳纤维的制备
聚丙烯腈碳纤维是以聚丙烯腈纤维为原料制成的碳纤维，主要作复合材料用增强体。无论均聚或共聚的聚丙烯腈纤维都能制备出碳纤维。为了制造出高性能碳纤维并提高生产率，工业上常采用共聚聚丙烯腈纤维为原料。对原料的要求是：杂质、缺陷少；细度均匀，并越细越好；强度高，毛丝少；纤维中链状分子沿纤维轴取向度越高越好，通常大于80%；热转化性能好。
生产中制取聚丙烯腈纤维的过程是：先由丙烯腈和其他少量第二、第三单体（丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等）共聚生成共聚聚丙烯腈树脂（分子量高于 6到8万），然后树脂经溶剂（硫氰酸钠、二甲基亚矾、硝酸和氯化锌等）溶解，形成粘度适宜的纺丝液，经湿法、干法或干湿法进行纺丝，再经水洗、牵伸、干燥和热定型即制成聚丙烯腈纤维。若将聚丙烯腈纤维直接加热易熔化，不能保持其原来的纤维状态。制备碳纤维时，首先要将聚丙烯腈纤维放在空气中或其他氧化性气氛中进行低温热处理，即预氧化处理。预氧化处理是纤维碳化的预备阶段。一般将纤维在空气下加热至约270℃，保温0.5h到3h，聚丙烯腈纤维的颜色由白色逐渐变成黄色、棕色，最后形成黑色的预氧化纤维。是聚丙烯腈线性高分子受热氧化后，发生氧化、热解、交联、环化等一系列化学反应形成耐热梯型高分子的结果。再将预氧化纤维在氮气中进行高温处理1600℃的碳化处理，则纤维进一步产生交联环化、芳构化及缩聚等反应，并脱除氢、氮、氧原子，最后形成二维碳环平面网状结构和层片粗糙平行的乱层石墨结构的碳纤维。
由PAN原丝制备碳纤维的工艺流程如下：PAN原丝→预氧化→碳化→石墨化→表面处理→卷取→碳纤维。
第一、原丝制备，聚丙烯腈和粘胶原丝主要采用湿法纺丝制得，沥青和酚醛原丝则采用熔体纺丝制得。制备高性能聚丙烯腈基碳纤维需采用高纯度、高强度和质量均匀的聚丙烯腈原丝，制备原丝用的共聚单体为衣康酸等。制备各向异性的高性能沥青基碳纤维需先将沥青预处理成中间相、预中间相（苯可溶各向异性沥青）和潜在中间相（喹啉可溶各向异性沥青）等。作为烧蚀材料用的粘胶基碳纤维，其原丝要求不含碱金属离子。
第二、预氧化（聚丙烯腈纤维200到300℃）、不融化（沥青200到400℃）或热处理（粘胶纤维240℃），以得到耐热和不熔的纤维，酚醛基碳纤维无此工序。
第三、碳化，其温度为：聚丙烯腈纤维1000到1500℃，沥青1500到1700℃，粘胶纤维400到2000℃。
第四、石墨化，聚丙烯腈纤维为2500到3000℃，沥青2500到2800℃，粘胶纤维3000到3200℃。
第五、表面处理，进行气相或液相氧化等，赋予纤维化学活性，以增大对树脂的亲和性。
第六、上浆处理，防止纤维损伤，提高与树脂母体的亲和性。所得纤维具有各种不同的断面结构。 世界碳纤维产量达到每年4万吨以上，全世界主要是日本美国德国以及韩国等少数国家掌握了碳纤维生产的核心技术，并且有规模化大生产。
当前，全球碳纤维核心技术被牢牢掌控在少数发达国家手中。一方面，以美日为首的发达国家始终保持着对中国碳纤维行业严格的技术封锁；另一方面，国外碳纤维行业领先企业开始进入中国市场，中国本土碳纤维企业的压力大增。虽然中国加大了对碳纤维行业的引导和扶持力度，但在较大的技术差距下，国产碳纤维的突围之路仍然坎坷。 中国对碳纤维的研究开始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。多年来进展缓慢，但也取得了一定成绩。进入21世纪以来发展较快，安徽率先引进了500吨每年原丝、200吨每年PAN基碳纤维，使中国碳纤维工业进入了产业化。随后一些地方相继加入碳纤维生产行列。
从2000年开始中国碳纤维向技术多元化发展，放弃了原来的硝酸法原丝制造技术，采用以二甲基亚砜为溶剂的一步法湿法纺丝技术获得成功。利用自主技术研制的少数国产T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水平。随着中国对碳纤维的需求量日益增长，碳纤维已被列为国家化纤行业重点扶持。2005年全球碳纤维市场仅为9亿美元，而2013年达到100亿美元，预计到2022年有望达到400亿美元，碳纤维复合材料的应用也将进入全新的时代。中国碳纤维产业化采取自主开发和引进相结合的道路，到“十一五“末期基本实现了相当于日本T300的国产碳纤维规模生产线，并且有一些企业已形成了T700以上水平的百吨生产线。
2011年中国碳纤维市场规模达到6811吨，然而，受供应不足的影响，国内碳纤维市场发展相对较为缓慢，预计未来几年，随着供应量的提升，中国碳纤维行业的需求量也将保持着较快速度的增长。
技术的落后直接导致中国碳纤维产品质量与进口产品之间的明显差距，也极大地限制了国产碳纤维产品在高端领域的应用。有数据显示，中国碳纤维产品在应用上集中于低端领域，在碳纤维质量要求较高的航空航天领域的应用比例仅为3%，远远没达到国际上碳纤维行业在航空航天领域应用占比的平均水平;而在质量要求相对较低的运动休闲用品领域，碳纤维的应用比例却高达80%左右，四倍于国际上碳纤维在运动休闲用品领域应用的平均水平。但国产碳纤维落后的技术却制约着中国碳纤维行业健康稳健发展。
中国高性能碳纤维都依赖进口，日本的碳纤维产量更是占全球市场份额的60%。2016年2月15日，中国突破日本管制封锁研制出高性能碳纤维。
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106ppm，水的含量为小于600ppm，甲基丙烯腈的含量为小于2ppm，丙腈的含量为小于1ppm，恶唑的含量为小于2ppm，羟基苯甲醚的含量为小于40ppm，丁烯酮的含量为小于2ppm，甲基丙烯酸酯的含量为小于1ppm。接着，对丙烯腈共聚物进行纺丝操作，以获得共聚物原丝，其中丙烯腈共聚物的落球粘度为550秒至700秒。再对共聚物原丝进行延伸操作，以获得原丝纤维。然后，对原丝纤维进行氧化处理，以获得氧化纤维，再对氧化纤维进行碳化处理，以获得碳纤维。
8.依据本发明的一实施例，基于丙烯腈单体及共聚单体的总重量为100重量百分比，丙烯腈单体的用量为98.0重量百分比至99.8重量百分比，且共聚单体的用量为0.2重量百分比至2.0重量百分比。
9.依据本发明的另一实施例，丙烯腈单体还包含铁及/或铜，且基于丙烯腈单体的重量为1
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106ppm，铁的含量为小于0.001ppm，铜的含量为小于0.002ppm。
10.依据本发明的又一实施例，聚合反应于60℃至70℃持续4小时至6小时，再于1小时至3小时升温到70℃至80℃，并持续7小时至9小时。
11.依据本发明的又一实施例，丙烯腈共聚物的重量平均分子量为380000g/mole至450000g/mole，且丙烯腈共聚物的分子量分布为小于3.5。
12.依据本发明的又一实施例，延伸操作的总延伸倍率为11.2倍至12.8倍。
13.依据本发明的又一实施例，在延伸操作后，制造方法还包含涂布油剂于原丝纤维，以获得油剂涂布原丝。
14.依据本发明的又一实施例，制造方法还包含对油剂涂布原丝进行干燥操作，以获得干燥原丝。
15.依据本发明的又一实施例，在碳化处理后，制造方法还包含表面氧化处理，以获得表面处理碳纤维。
16.依据本发明的又一实施例，碳纤维的内部孔径为小于10nm。
17.应用本发明的碳纤维的制造方法，其中以具有特定含量的不纯物的高纯度的丙烯腈单体及共聚单体制得丙烯腈共聚物，且此丙烯腈共聚物依序经过纺丝操作、延伸操作、氧化处理及碳化处理后，以获得碳纤维。此丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
附图说明
18.为了对本发明的实施例及其优点有更完整的理解，现请参照以下的说明并配合相应的附图。必须强调的是，各种特征并非依比例描绘且仅为了图解目的。
19.相关附图内容说明如下：
20.图1为绘示根据本发明的一实施例的碳纤维的制造方法的流程图。
21.图2为绘示根据本发明的另一实施例的碳纤维的制造方法的流程图。
具体实施方式
22.以下仔细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的发明概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。
23.本发明的碳纤维的制造方法以具有特定含量的不纯物的高纯度丙烯腈单体及共聚单体制得丙烯腈共聚物，而进一步获得碳纤维。借由控制丙烯腈单体中的不纯物的含量，制得的丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
24.简言之，本发明的碳纤维的制造方法利用控制原料中的不纯物(即丙烯腈单体中的不纯物)来提升纺丝操作的效率及所制的碳纤维的强度。然而，传统的碳纤维制造方法借
由除去丙烯腈共聚物中的不纯物来使其具有良好的纺丝性，以利于后续的纺丝操作并提升所制的碳纤维的强度，但是前述除去不纯物的处理会大幅增加工艺复杂度，并增长工艺时间，而不符合经济效益。
25.请参阅图1，混合丙烯腈单体、共聚单体、起始剂及溶剂，并进行聚合反应，以获得丙烯腈共聚物，如操作110所示。在碳纤维的制造方法100中，丙烯腈(acrylonitrile)单体包含丙烯腈及不纯物。基于丙烯腈单体的重量为100重量百分比(wt.％)，丙烯腈的含量为大于99.93重量百分比。当丙烯腈的含量不为前述的范围时，所制的丙烯腈共聚物不具适当的落球粘度及重量平均分子量，而不利于纺丝操作，故降低所制的碳纤维的强度。
26.前述不纯物可包含于生产丙烯腈工艺中所产生的副产物、残留的溶剂及/或催化剂。此不纯物包含丙烯腈、水、甲基丙烯腈、丙腈、恶唑、对羟基苯甲醚、丁烯酮及甲基丙烯酸酯。
27.申言之，基于丙烯腈单体的重量为1
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106ppm，水的含量为小于600ppm，且较佳为小于70ppm。当水的含量不为前述的范围时，导致聚合时丙烯腈共聚物对溶剂的溶解度不佳，而产生交联聚合物(cross-linked polymer)，其不具适当的落球粘度及重量平均分子量，而不利于纺丝操作，故降低所制的碳纤维的强度。
28.基于丙烯腈单体的重量为1
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106ppm，甲基丙烯腈的含量为小于2ppm，丙腈的含量为小于1ppm，恶唑的含量为小于2ppm，丁烯酮的含量为小于2ppm，对羟基苯甲醚的含量为小于40ppm，甲基丙烯酸酯的含量为小于1ppm。当甲基丙烯腈、恶唑、丁烯酮、对羟基苯甲醚、对羟基苯甲醚及甲基丙烯酸酯的含量不为前述的范围时，于碳化处理时，环化反应使得纤维内部缺陷变大，并增大碳纤维内部孔径，而降低碳纤维强度。较佳地，甲基丙烯腈的含量为小于1ppm，且对羟基苯甲醚的含量为小于1ppm。
29.在一些实施例中，丙烯腈单体可选择性包含铁及/或铜。基于丙烯腈单体的重量为1
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106ppm，铁的含量为小于0.001ppm，铜的含量为小于0.002ppm。当铁的含量及/或铜的含量为前述的范围时，所制的丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
30.共聚单体没有任何限制，惟以可与丙烯腈单体进行聚合反应为目的。在一些实施例中，共聚单体可为含有不饱和双键的单体。前述不饱和双键的具体例可为乙烯基。举例而言，共聚单体可包含但不限于，丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、烯丙基磺酸、甲基烯丙基磺酸、此些化合物的盐类或烷基酯类，以及丙烯酰胺或其衍生物。较佳地，共聚单体可为衣康酸。当共聚单体为衣康酸时，可提高丙烯腈共聚物的亲水性，以增加共聚物原丝的致密性，从而降低碳纤维的内部孔径，并提高其强度。
31.基于丙烯腈单体及共聚单体的总重量为100重量百分比，丙烯腈单体的用量为98.0重量百分比至99.8重量百分比，且共聚单体的用量为0.2重量百分比至2.0重量百分比。较佳地，丙烯腈单体的用量为99.0重量百分比至99.5重量百分比，且共聚单体的用量为0.5重量百分比至1.0重量百分比。当共聚单体的用量为前述的范围时，可利于纺丝操作并增加共聚物原丝的致密性，故降低碳纤维的内部孔径并提高其强度。
32.起始剂的种类及用量无特别的限制，惟以能够引发丙烯腈单体及共聚单体的聚合反应为目的。起始剂可包含但不限于，偶氮化合物及过氧化合物。偶氮化合物的具体例可为偶氮二异丁腈(aibn)、偶氮双氰基戊酸(acva)及2,2'-偶氮双-(2,4-二甲基)戊腈(abvn)。
过氧化合物的具体例可为过氧化二月桂酰(lpo)、二第三丁基过氧化物(tbpo)及过氧化二碳酸二异丙酯(ipp)。前述起始剂可单独一种使用或者混合多种使用。于一些实施例中，基于丙烯腈单体及共聚单体的总重量为100wt.％，起始剂的重量可为不大于2wt.％，且较佳可为不大于0.1wt.％。当起始剂的重量为前述的范围时，可提高丙烯腈单体及共聚单体的聚合反应的产率。
33.此外，溶剂的种类及用量无特别的限制，惟以能够溶解丙烯腈单体、共聚单体及起始剂，并适合于前述单体间的聚合为目的。举例而言，溶剂可包含但不限于，二甲基乙酰胺、二甲基亚砜(dmso)、二甲基甲酰胺或其任意组合。于一些实施例中，溶剂的重量可为丙烯腈单体及共聚单体的用量的总和的3至8倍。当溶剂的重量为前述的范围时，此用量的溶剂可溶解丙烯腈单体、共聚单体及起始剂，且不过量。
34.本发明的聚合反应的反应温度及反应时间可依据前述的共聚单体及起始剂的种类及/或用量决定。于一些实施例中，聚合反应可使用单一或多阶段升温方式进行，例如：当聚合反应系统包含衣康酸及偶氮化合物时，聚合反应于60℃至70℃持续4小时至6小时，再于1小时至3小时升温到70℃至80℃，并持续7小时至9小时。较佳地，聚合反应于65℃持续5小时，再于2小时内升温至75℃，并持续8小时。
35.本发明的聚合反应所制得的丙烯腈共聚物具有550秒至700秒的落球粘度。当丙烯腈共聚物不具前述范围的落球粘度时，于纺丝操作时，丙烯腈共聚物容易断裂，而增长工艺时间，且所获得的共聚物原丝的内部结构存有孔洞及其他缺陷，故于后续延伸操作时，无法达成高倍率延伸，进而增大所制的碳纤维的内部孔径并降低其强度。前述的“延伸倍率”指以纤维原丝的原长度为基准，经处理后纤维的长度的倍率。较佳地，落球粘度可为600秒至650秒。
36.在一些实施例中，聚合反应所制得的丙烯腈共聚物可具有380000g/mole至450000g/mole的重量平均分子量，且较佳可在390000g/mole至430000g/mole的范围内。当丙烯腈共聚物的分子量为前述的范围时，丙烯腈共聚物的延伸性较佳，可于纺丝操作时不断丝，进而缩短工艺时间，并且所形成的共聚物原丝的结构较致密，进而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。再者，丙烯腈共聚物的分子量分布可为小于3.5，较佳可为不大于2.6，且更佳可为小于2.2。
37.申言之，本发明所称的分子量分布以重量平均分子量(mw)与数目平均分子量(mn)的比值做表示。当此比值愈小时，分子量分布愈窄。前述的重量平均分子量与数目平均分子量可使用具有本领域技术人员所惯用的方法测得。在一些实施例中，可利用凝胶渗透层析(gpc)来测得重量平均分子量及数目平均分子量。
38.请再参阅图1，于前述操作110后，对丙烯腈共聚物进行纺丝操作，以获得共聚物原丝，如操作120所示。于一些实施例中，完成聚合反应的丙烯腈共聚物存在于溶剂中，以下称作聚合物溶液。聚合物溶液可浓缩成具有特定共聚合体浓度的溶液，以进行后续的纺丝操作。前述特定共聚合体浓度的具体浓度可为10wt.％至30wt.％，且较佳可为15wt.％至25wt.％，其中共聚合体浓度以气相层析仪分析，且利用层析图中的尖峰面积进行定量而获得。于一些具体例中，纺丝操作可采用溶融纺丝法、湿式纺丝法、干式纺丝法或干湿式纺丝法。较佳地，纺丝操作可采用湿式纺丝法或干湿式纺丝法，且以干湿式纺丝为更佳。干湿式纺丝可致密化共聚物原丝，故降低所制的碳纤维的内部孔径，并增加其强度。
39.于前述操作120后，对共聚物原丝进行延伸操作，以获得原丝纤维，如操作130所示。延伸操作于温度渐升的环境下，拉伸共聚物原丝，以使共聚物原丝变细，从而使所制的碳纤维符合丹尼数(或直径)的要求。在一些实施例中，延伸操作的总延伸倍率可为11.2倍至12.8倍，且较佳可为11.6倍至12.0倍。当总延伸倍率为此范围时，所制的碳纤维符合产品规格(如：纤维密度、丹尼数(或直径)，以及物性强度)的要求。在一些实施例中，延伸操作可于复数个具有不同温度的延伸浴槽中进行，且先从低温再至高温的延伸浴槽。举例而言，延伸操作的升温可从50℃升至99℃，且较佳可从60℃升至95℃。当延伸操作的升温符合前述的条件时，可使所制的原丝纤维与原丝纤维之间不会发生粘着，且可保有良好的延伸性。
40.于前述操作130后，对原丝纤维进行氧化处理，以获得氧化纤维，如操作140所示。此氧化处理用以环化氧化原丝纤维，以提高其耐热性及阻燃性，从而利于后续的碳化处理。前述的环化氧化指原丝纤维中的聚丙烯腈链段上的腈基与共聚单体所聚合成的链段上的羧酸基所进行的环化反应。在一些实施例中，氧化处理可于200℃至300℃下进行，且较佳可为220℃至280℃。当氧化处理的温度为前述的范围时，可有效地环化氧化原丝纤维，以提升其耐热性，故提高所制的碳纤维的强度。在一些具体例中，氧化处理的气氛可使用，但不限于空气(其包含约21％的氧气)，以提高原丝纤维的耐热性，进而避免原丝纤维于后续的碳化过程中烧断。在一些具体例中，氧化时间可为10分钟至100分钟。
41.在氧化处理的期间，辊轮拉伸原丝纤维的延伸比可为0.7倍至0.9倍，以利于辊轮连续拉伸原丝纤维。举例而言，在220℃至280℃下，于空气中，环化氧化原丝纤维，并控制辊轮拉伸原丝纤维的延伸比在0.7倍至0.9倍。前述的“延伸比”指以原丝纤维的原长度为基准，经处理后原丝纤维的长度。经氧化处理后可获得符合需求的纤维密度的氧化纤维。在一些实施例中，氧化纤维的纤维密度可为1.2g/cc至1.5g/cc，较佳可为1.25g/cc至1.45g/cc，且更佳可为1.3g/cc至1.4g/cc。
42.于前述操作140后，对氧化纤维进行碳化处理，以获得碳纤维，如操作150所示。碳化处理用以碳化氧化纤维，以制得聚丙烯腈基碳纤维。在一些实施例中，碳化处理可包含预碳化处理及后碳化处理，二者都在非氧化气氛且高温环境下进行，且于预碳化处理及后碳化处理的期间，持续加热升高温度。通常，预碳化处理的温度范围小于1000℃，而后碳化处理的温度大于1000℃。例如，于氮气气氛中，从300℃升温至800℃，且以1倍的延伸比进行预碳化处理，再升温到1400℃，且以0.95倍的延伸比进行后碳化处理。
43.请参阅图2，图2的碳纤维的制造方法200大致与图1的碳纤维的制造方法100相同，两者的差异在于，在延伸操作(即操作230)后，碳纤维的制造方法200可包含油剂处理，以获得油剂涂布原丝，如操作231所示。油剂处理为涂布油剂于原丝纤维上，以于原丝纤维表面形成一层保护层，而降低原丝纤维与辊轮的摩擦，进而避免细毛的产生。油剂可包含但不限于，胺基变性的硅系化合物。
44.在操作231后，碳纤维的制造方法200可包含干燥操作，以获得干燥原丝，如操作232所示。干燥操作去除原丝纤维所含的溶剂，以利于后续氧化处理及碳化处理。举例而言，可使用加热的辊轮与原丝纤维接触，以加热原丝纤维，且为了除去原丝纤维所含有的溶剂，辊轮的温度可大于溶剂的沸点。
45.在操作250后，碳纤维的制造方法200可包含表面氧化处理，以获得表面处理碳纤维，如操作251所示。表面氧化处理用以提高碳纤维与基材的接着性。在一些实施例中，表面
氧化处理可使用气相或液相的形式。较佳地，表面氧化处理可使用液相(如电解处理)，以利于量产。举例而言，电解处理所使用的电解液可包含但不限于，硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠、氢氧化钾、硝酸铵、硫酸铵、过硫酸铵、溴化铵、碳酸氢铵及/或碳酸铵。
46.在一些具体例中，所制得的碳纤维的内部孔径为小于10nm，且其强度为大于650ksi。较佳地，内部孔径可小于9.5nm，且其强度可大于700ksi。更佳地，内部孔径可小于8.5nm，且其强度可大于750ksi。当碳纤维的内部孔径小于10nm时，相应地纤维的强度可大于650ksi，从而适于应用在运动、航天及运输的领域。举例而言，网球拍、羽球拍、脚踏车的组件、飞机的结构件及高压气瓶的瓶身。
47.以下利用实施例以说明本发明的应用，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。
48.碳纤维的制备
49.实施例1
50.实施例1的碳纤维将丙烯腈单体及衣康酸单体溶于二甲基亚砜，再加入偶氮二异丁腈，于65℃下，反应5小时，再于2小时内升温至75℃，反应8小时，以获得丙烯腈共聚物的聚合物溶液。基于二甲基亚砜的重量为100wt.％，丙烯腈单体及衣康酸单体的总重量为21wt.％，且基于丙烯腈单体及衣康酸单体的总重量为100wt.％，丙烯腈单体的重量为99.2wt.％、衣康酸单体的重量为0.8wt.％，且偶氮二异丁腈的重量为0.087wt.％。
51.此聚合物溶液经薄膜蒸发器浓缩成共聚合体浓度为19.2wt.％的聚合物溶液。浓缩后的聚合物溶液于30℃下通过纺嘴(纺嘴的孔径为0.15mm，且孔数为3000)。于空气中吐出约4mm长度的共聚物丝线后，降温至7℃，再将其导入26wt.％的二甲基亚砜水溶液的凝丝浴，以获得共聚物原丝。
52.然后，在延伸浴中延伸共聚物原丝，以获得原丝纤维，且原丝纤维的总延伸倍率为11.92倍，其中延伸浴使用三个浴槽，由第一个浴槽至第三个浴槽，温度从60℃升至95℃。接着，延伸后的原丝纤维通过油剂浴(即3wt.％的胺基变性硅系化合物的水性乳化溶液)，以获得油剂涂布原丝。然后，以155℃的辊轮干燥并致密化油剂涂布原丝，接着，在3.6kgf/cm2的压力的水蒸气中，将前述原丝延伸4倍长度，以获得单丝纤度为1d的干燥原丝。
53.干燥原丝于220℃至280℃的空气中，氧化10分钟至100分钟，且被拉伸到0.87倍的延伸比，以获得纤维密度为1.35g/cc的氧化纤维。在氮气气氛中，于300℃至800℃，以1倍的延伸比预碳化氧化纤维，以获得预碳化纤维，在升温后，于1000℃至1400℃，以0.95倍的延伸比后碳化预碳化纤维，以获得后碳化纤维。然后，于碳酸氢铵水溶液中，以12c/g的电量对后碳化纤维进行表面阳极氧化处理，以获得实施例1的碳纤维。此碳纤维进行下述的评价试验，且评价结果列于下表1。
54.实施例2至3及比较例1
55.实施例2至3及比较例1使用与实施例1相同的方法进行制备，不同之处在于，实施例2至3及比较例1改变丙烯腈单体的纯度，即不纯物的含量。关于实施例1至3及比较例1的具体条件及评价结果如表1所示。
56.表1
load)力量及50mm/min的测试速度(test speed)，并以500kg的荷重元(load cell)进行检测碳纤维的应变情形。
66.4.碳纤维的内部孔径试验
67.碳纤维的内部孔径试验利用氮吸附孔径分析仪，于液氮环境中，测定碳纤维的氮气吸附-脱附等温线，再依据bet(brunauer-emmett-teller)理论计算出碳纤维的内部孔径。
68.请参阅表1，实施例1至3使用高纯度的丙烯腈单体，其所制的丙烯腈共聚物具有较高的落球粘度、较高的重量平均分子量及较窄的分子量分布，且由此丙烯腈共聚物所制的碳纤维具有较高的强度及较小的内部孔径。由此可知，高纯度的丙烯腈单体可制造出粘度及重量平均分子量较高的丙烯腈共聚物，且其分子量分布较窄。此丙烯腈共聚物于纺丝操作时不易断丝，而可缩短工艺时间。此外，由丙烯腈共聚物所形成的共聚物原丝具有致密化结构，故减小碳纤维的内部孔径并提升其强度。
69.综上所述，应用本发明的碳纤维的制造方法。此制造方法以具有特定含量的不纯物的高纯度的丙烯腈单体及共聚单体制得丙烯腈共聚物，且此丙烯腈共聚物依序经过纺丝操作、延伸操作、氧化处理及碳化处理后，而获得碳纤维。此丙烯腈共聚物具有适当的落球粘度及重量平均分子量，以利于纺丝操作，从而减小所制的碳纤维的内部孔径并提升其强度。
70.虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。